Linux中的虚拟内存和虚拟地址

Question

我目前正在研究操作系统中的虚拟内存，我有几个问题。

1. 在 Linux 中交换分区或交换文件是否与虚拟内存相同？
2. 如果是，那么如果我的 Linux 系统中没有启用交换，这是否意味着我的系统没有虚拟内存？
3. 我还读到虚拟内存使系统更安全，因为使用虚拟内存，CPU 生成虚拟地址，然后由 MMU 将其转换为实际物理地址，从而保护系统，因为没有进程可以与实际物理内存进行实际交互。因此，如果我只在我的 Linux 系统上启用交换，我的 CPU 会开始生成虚拟地址，而目前它正在直接生成物理地址，因为我没有交换分区吗？
4. CPU 如何知道虚拟内存是否存在？

Answer 1

没有交换文件/分区并不意味着您没有虚拟内存。无论如何，现代操作系统总是使用分页/虚拟内存。

交换分区或交换文件在 Linux 中是否与虚拟内存相同？

就任何操作系统而言，没有交换文件和虚拟内存都不相同。虚拟内存只是说所有内存访问都将由 MMU 使用页表进行转换。现代操作系统总是使用分页。

如果是，那么如果我的 Linux 系统没有启用交换，这是否意味着我的系统没有虚拟内存？

您的系统肯定有虚拟内存。要使用长模式（64 位模式），操作系统必须启用分页。我怀疑您的系统足够老而不能使用分页。页面交换到硬盘不是虚拟内存。它更像是虚拟内存的一个特性，可以用来扩展物理内存，因为不需要立即使用的页面可以暂时交换到硬盘上。

我还读到虚拟内存使系统更安全，因为使用虚拟内存，CPU 生成虚拟地址，然后由 MMU 将其转换为实际物理地址，从而保护系统，因为没有进程可以实际与实际物理内存交互。所以如果我只在我的 Linux 系统上启用交换，我的 CPU 会开始生成虚拟地址，而目前它正在直接生成物理地址，因为我没有交换分区？

您的计算机肯定启用了分页/虚拟内存。没有交换分区并不意味着您没有虚拟内存。分页也可用于避免 RAM 碎片和安全性。你是对的，分页正在保护你的系统，因为页表阻止一个进程访问另一个进程的内存。它还具有逐页的环特权，允许区分内核模式和用户模式代码。

CPU如何知道虚拟内存是否存在？

操作系统只是通过在控制寄存器中设置一个位来启用分页。然后 CPU 开始使用 MMU 盲目地翻译每个内存访问。

Answer 2

没有。交换文件与虚拟内存不同。

一旦固件/内核设置了必要的寄存器和/或内存中的数据结构并切换了处理器模式，虚拟内存映射就会用于访问物理内存。

是的，进程无法在没有映射的情况下引用内存位置，这允许内核采用隔离和访问控制机制。

通过主动映射，不同的虚拟地址可以在不同的时间映射到同一个物理内存区域。内核可以维持这样一种错觉，即比实际物理内存容量更大的内存可用，其中在任何给定时间只有虚拟内存的子集驻留在物理内存中。其余的存储在交换文件中。

对相应数据当前在交换文件中的虚拟地址的访问被内核捕获（通过页面错误），并可能导致内核交换数据，并且从物理内存中交换一些其他数据。

如果禁用交换文件，内核将没有地方存储换出的数据。这会减少可用的虚拟内存量。